專利名稱：半導體薄膜材料紫外透過率均勻性測試系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體薄膜材料透過率測試技術，具體是指一種半導體薄膜材 料紫外透過率均勻性測試系統，它用于對半導體薄膜材料透過率均勻性的檢測 和評價。
背景技術：
GaN基半導體光子探測器代替真空管進行紫外探測，有其重大的應用背 景。同時AlxGa^N作為GaN基的三元化合物，也是一種優異的寬禁帶半導體 材料，具有直接帶隙、截止波長可調，使之成為制備高性能半導體紫外探測器 的優選材料。然而，材料質量是制約GaN基光電器件進一步提高的瓶頸，由 于缺少和AlxGai.xN材料相匹配的襯底材料，晶格常數失配所引起的應變和在 生長過程中所引入的殘余熱應變會在界面處形成大量的位錯，因此高質量的高 Al組分AlxGai.xN外延材料的獲得一直是難點。
目前，通過外延生長的高Al材料質量狀況仍不理想，材料表面經常可以 觀察到所謂的"白霧區"，即透射率較低的區域。因此在材料投片前，就必須 對材料進行篩選。而對材料的篩選目前主要依靠目測以及透射光譜的測試(如 Thermo Nicolet公司的Nexus Model 470/670/870系列及上海棱光公司的 Spectrumumlab 54 Power等譜儀)，但是僅能對材料的整片質量狀況做出評估， 不能對材料的均勻性作出判斷。當前相關的文獻報道也僅限于利用整片的透射 光譜曲線來評估材料的厚度(張進城，郝躍，李培咸等，"基于透射譜的GaN 薄膜厚度測量"，物理學報，Vol.53， No.4， April, 2004)。綜上所述，目前 還沒有一種解決半導體薄膜材料的紫外透射率均勻性測量的技術。

發明內容
本發明的目的是提供一種半導體薄膜材料透射率測試的光電檢測系統，解 決半導體薄膜材料紫外透過率均勻性測量的問題。
如附

圖1所示，本發明半導體薄膜材料紫外透過率均勻性測試系統由光源
1、單色儀2、光學系統3、 二維步進掃描裝置4、信號接收裝置5、信號處理 和數據采集設備6和計算機7組成。系統利用半導體薄膜材料(如GaN基半 導體外延薄膜)的透射.率在其吸收邊附近極為靈敏的特性，通過對其吸收邊附 近相應波長時透射率的面分布的測試及分析，對材料的均勻性做出評價。
本發明的測試系統中光源1為系統提供測試光源，由于被測材料的不同， 光源必須滿足在紫外波段可連續輸出，故光源l使用氙燈；單色儀2將光源1 發出的連續的紫外光變成一特定的測量所需波長的紫外單色光，該紫外單色光 從單色儀2的狹縫出射進入光學系統3;光學系統3由兩組透鏡即前透鏡組301、 后透鏡組302組成，通過調整前透鏡組301、后透鏡組302的焦距大小來改變 系統測量光斑的大小，調整后透鏡組302前后距離來保證測量光準確地匯聚在 二維步進掃描裝置4上的測試樣品8的某個區域上；二維步進掃描裝置4可以 在XVY兩維方向上進行移動，測試樣品8安放在步進掃描裝置4上，通過二維 步進掃描裝置4在X/Y方向上的移動掃描來完成對測試樣品8整個面積的透過 率的測量；信號接收裝置5采用硅基單元探測器，為了進一步提高信噪比，對 信號接收裝置5加一屏蔽盒，僅在光路方向開一個小孔接收透射光信號；信號 處理和數據采集設備6對信號進行放大與采集；計算機7為普通個人計算機， 用于控制單色儀2、二維步進掃描裝置4和信號處理和數據采集設備6的工作， 并且對數據進行處理和分析。
本發明利用光路將測試光線聚焦成點光斑對材料進行點區域掃描測量，獲
得透射率面分布進而用以表征材料的均勻性性質，解決了目前無法測量材料的 均勻性的問題。此外，本系統實現了無損傷以及全自動測試，計算機自動生成 直觀的材料透過率分布三維圖像，使用簡便。 說明書附圖
圖1為半導體薄膜材料紫外透過率均勻測試系統的系統組成示意圖； '圖中1——光源；
2——單色儀；
3——光學系統，301——前透鏡組，302——后透鏡組；
4——二維步進掃描裝置；
5——信號接收裝置；
一 6——信號放大與數據采集設備；
7——計算機；
8——測試樣品。
圖2為本實施例的對GaN半導體薄膜外延材料a的透過率測試結果三維 立體圖中X、 Y軸表示測試樣品8的測量位置坐標值；
Z軸表示透射率測量值(相對值)。 圖3為本實施例對GaN半導體薄膜外延材料b的透過率測試結果三維立 體圖中X、 Y軸表示測試樣品8的測量位置坐標值；
Z軸是透射率測量值(相對值)。 ，
具體實施例方式
下面本文結合說明書附圖和具體的實施例對本發明的測試系統各組成部
件及測量過程作詳細的說明
根據附圖1我們建立了一個半導體薄膜材料紫外透過率均勻性測試系統 來對GaN半導體外延薄膜材料的紫外透過率均勻性進行檢測，系統各組成部 件性能指標詳述如下
1、 光源1——采用500W的氙燈，光源在紫外波段(200nm 365nm)連續輸出。
2、 單色儀2——采用光柵線數1200 lp/mm的單色儀，輸入狹縫設置成最大口 徑以提高光源1進入單色儀2的入射能量。
3、 光學系統3——前透鏡組301采用焦距為50mm的石英透鏡，后透鏡組302 釆用焦距500mm的石英透鏡。前透鏡組301位于出射光狹縫50mm處，出 射光經前透鏡301后變為平行光，該平行光經后透鏡302匯聚在測試樣品8 上。
4、 二維步進掃描裝置4——二維步進掃描裝置4采用日本駿河精機
(SURUGA)生產的二位步進掃描平臺，最小步進步距10微米，在掃描平 臺上安裝有相應的樣品架，測試樣品8安裝在該樣品架上。
5、 信號接收裝置5——采用硅基單元探測器，該探測器的響應率在200 365nm 范圍內可達O. 1A/W，為了進一步提高信噪比，對信號接收裝置5上加一屏 蔽盒，屏蔽盒僅在光路方向開一個小孔接收信號。
6、 信號放大與數據采集設備6——信號處理和數據采集設備6中信號放大采 用Stanford Research System公司Model SR570低噪聲電流放大器，數據采 集采用Keithey2000型多功能表，其準確度達0.035%，數據采集的最小取 樣間隔為O.ls。
7、 計算機7——采用普通個人計算機，用于控制單色儀2、 二維步進掃描裝置 4和信號處理和數據采集設備6的工作，并且對數據進行處理和分析。
系統測試過程如下首先啟動測試控制程序，初始化單色儀和步進系統位 置，輸入單色儀波長參數以及步進控制參數和輸出文件的特征碼(文件名)后， 運行程序掃描測試。單色儀2得到PC機命令，輸出所需波長并保持該波長不 動，二維步進掃描裝置4帶動被測材料作步進運動，每次步進停止時，信號放
大(Stanford Research System公司Model SR570低噪聲電流放大器)和數據采 集(Keithey2000 Multimeter,)設備6讀取信號接收裝置5的信號，并將其存 儲于計算機機7的數據庫中。測試結束后，由計算機機7輸出測試如附圖2、 3 所示的三維立體圖形，顯然附圖2中的測試樣品的均勻性優于附圖3中的測試 樣品。
權利要求
1.一種半導體薄膜材料紫外透過率均勻性測試系統，它由光源(1)、單色儀(2)、光學系統(3)、二維步進掃描裝置(4)、信號接收裝置(5)、信號處理和數據采集設備(6)和計算機(7)組成；光源(1)發出的連續紫外光經單色儀(2)轉換成指定波長的紫外單色光，紫外單色光經光學系統(3)匯聚在二維掃描平臺上的測試樣品(8)上的某個測試區域上，信號接收裝置(5)接收對該區域透過率測量的信號并經信號處理和數據采集設備(6)的數據處理后存入計算機，移動二維步進裝置(4)重復上述透過率測量過程，可以得到測試樣品(8)各個測量區域的透過率數據，最后由計算機對測量數據進行統計、處理得到測試樣品(8)的透過率均勻性測量值。
2. 根據權利要求l的一種半導體薄膜材料紫外透過率均勻性測試系統，其 特征在于所說的光源(1)是氙燈。
3. 根據權利要求1的一種半導體薄膜材料紫外透過率均勻性測試系統，其 特征在于所說的光學系統(3)由前透鏡組(301)和后透鏡組(302)組成， 系統測量光斑的尺寸可以通過改變前透鏡組(301)和后透鏡組(302)的焦距 大小來進行調整。
4. 根據權利要求l的一種半導體薄膜材料紫外透過率均勻性測試系統，其 特征在于所說的信號接收裝置(5)是硅基單元探測器，在探測器上加有一 屏蔽盒，屏蔽盒僅在光路方向開有一個小孔接收透射光信號。
全文摘要
本發明公開了一種半導體薄膜材料紫外透過率均勻性測試系統，它用于對半導體薄膜材料透過率均勻性的檢測。測試系統由光源、單色儀、光學系統、二維步進掃描裝置、信號接收裝置、數據處理設備和計算機組成。系統利用紫外波段半導體外延材料的透射率在其吸收邊附近極為靈敏的特性，通過對其吸收邊附近相應波長時透射率的面分布的測試及分析，可以對材料的均勻性做出定量分析和評價。
文檔編號G01N21/59GK101169370SQ20071017072
公開日2008年4月30日 申請日期2007年11月21日 優先權日2007年11月21日
發明者驥 劉, 張文靜, 李向陽, 胡其欣, 蘇志國, 袁永剛, 許金通 申請人:中國科學院上海技術物理研究所